低浓度有机废气催化燃烧工艺过程安全设计文献综述

 2021-10-15 21:00:14

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文 献 综 述

精对二甲苯(PTA),常温下是白色晶体或粉末,低毒,易燃。若与空气混合,在一定的限度内遇火即燃烧甚至发生爆炸,同时应避免与皮肤和眼睛接触。PTA是一种重要化工原料,主要用于合成聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。PET是性能优异的热塑性聚酯,有着广泛的用途,用于生产聚酯纤维、聚酯薄膜、聚酯瓶以及工程塑料,其中纤维用聚酯及瓶用聚酯占聚酯生产总量的98%以上。近年来,随着我国经济持续高速增长,人民生活水平不断提高,纺织服装行业及食品行业对聚酯纤维及聚酯瓶的需求日益增加,使得作为聚酯主要原料的PTA产量也不断增长。

20世纪70年代中期以来,我国PTA生产工业从无到有,得到了飞速发展,尤其是近几年来,由于需求的急剧增加,我国PTA产能迅速增长,新建装置不断投产,单套装置产能亦不断扩大。经过30多年的发展,目前我国PTA生产能力已经位居世界第一位,总产能达到了1000万t/a以上,到2009年底在建的装置全部投产后,我国PTA总产能将突破1400万t/a。

随着现代化科技的进步,和人民生活水平的提高,人们对环境和自身健康的关注越来越多,对化工工艺的要求也越来越高。希望尽量使用少的原材料,在催化剂的作用下,使转化率达到最大,最好是全部转化,实现最多的产率,同时尽量减少废气物的排放。氧化尾气是PTA生产工艺数量最大的有害气体,其最主要的成分是N2,其体积分数约占 94%,含有有机物的总质量浓度超过1 000 mg/m3,溴化物的质量浓度约100 mg/m3 ,CO 的质量浓度约5 000 mg/m3,还有CO2,O2等,严重超过国家排放标准,对周围环境造成了很大污染。因此PTA氧化反应尾气处理的设计又成了化工生产过程中一项十分重要的工序。

当前,国内外对PTA废气采用的治理技术,主要有吸附法、氧化法和回收法。其中两类效果比较显著,一类称为热氧化技术,另一类称为催化氧化技术。并进行如下说明:

(一)热氧化技术

采用热氧化方法处理PTA装置氧化尾气的技术往往称为再生性热氧化(简称 RTO) 技术,其特点是氧化尾气的热裂解和传热在同一设备 充填有高效传热陶瓷的加热炉内实现。

氧化尾气处理装置开车时,通过烧嘴向加热炉内加入燃料 ,使尾气温度达到800 ℃以上。发生热裂解后的高温气体在离开加热炉前先通过一段高效传热的陶瓷床层 ,使该陶瓷床层变热而自身的温度降低 ,然后让新鲜的氧化尾气通过已变得炽热的陶瓷床层,达到热裂解温度。热裂解后的高温气体再加热新的一段陶瓷床层,加热后的陶瓷床层再用于加热新鲜的氧化尾气 ,如此不断循环。因此尽管热裂解要求的温度很高,但只要氧化尾气中的杂质裂解后产生的热量能使尾气温度有一定程度的提高,使得与陶瓷床层换热后离开的尾气温度比新鲜尾气的温度大约高 50 ℃,则不需要向加热炉内加入燃料即可维持RTO装置的连续运行。由于RTO处理装置不适应在压力下运行,故PTA装置(经高压洗涤塔)排出的氧化尾气在加热后先进膨胀机回收能量,膨胀机出来的尾气压力降至稍高于0. 11MPa,然后进RTO加热炉。从加热炉出来的尾气经急冷后送洗涤塔洗涤, 然后排空。由于氧化尾气流经RTO装置时产生的压降较小,故氧化尾气可以在膨胀机内把压力降得比较低 ,这为回收其中的能量创造了较有利的条件。

(二)催化氧化技术

催化氧化技术的关键是催化剂,根据催化剂性能的不同,催化氧化的操作温度不同,同时也派生出了不同的PTA尾气处理流程。

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